1.一种桥梁病害对结构性能影响的量化分析方法,其特征在于,所述量化分析方法包括以下步骤:步骤1:获取某区域同类型桥梁的桥梁信息、定巡检报告,构成病害影响系数优化分析数据库A;
步骤2:根据桥梁信息,构建桥梁结构分析模型,按照预设的划分规则划分结构分析单元,获得节点矩阵与单元矩阵,并计算结构分析单元的单元刚度矩阵;
步骤3:从桥梁的定巡检报告中提取病害信息,将病害分为尺寸衰减型病害、刚度折减型病害和非结构性病害三类,所述病害信息包括病害类型、位置、尺寸和技术状况;
根据病害类型确认其影响结构性能的方式,即尺寸衰减、刚度衰减或无结构影响;
同时,根据病害位置以及所划分的结构分析单元节点坐标来确定受病害影响的结构分析单元,计算结构分析单元上的不同病害对其结构特性的影响;
根据不同类型的病害利用修正模型,计算病害影响后的相关参数;
以病害影响后的相关参数来修正单元刚度矩阵,利用节点矩阵与修正后单元刚度矩阵进行集成获得全局刚度矩阵S;
全局刚度矩阵的计算公式为:
其中,S为全局刚度矩阵,Ti为结构分析单元到全局坐标的转换矩阵,ki为结构分析单元Ti的单元刚度矩阵;Ti表示Ti的转置矩阵;L为结构分析单元数量;
步骤4:获得桥梁的荷载工况P,利用P=S·d,获得桥梁的应变矩阵d,d即为病害影响下的结构响应计算结果,根据d进一步获得病害条件下的桥梁结构响应的相关指标;
对尺寸衰减型病害,其影响的相关结构分析单元折减后的构件截面距,病害影响后的相关参数利用下式计算:2
Ii,z,def=Ii,z‑∑Mym,def·Am,def其中,Ii,z,def为结构分析单元i在结合尺寸衰减型病害影响后的构件z轴的截面距;Ii,z为结构分析单元i的原始z轴截面距,M为结构分析单元i上的尺寸衰减型病害数量;ym,def为病害m与结构分析单元i的质心间距离;Am,def为病害m的面积;
非结构性病害对结构整体性能无显著影响,不进行相关参数修正;
对刚度折减型病害,其影响的相关结构分析单元折减后的构件刚度,病害影响后的相关参数计算公式为:其中,kdef为病害后构件刚度;korigin为构件的原始刚度;βn,j为第n种刚度折减病害第j种技术状况对结构刚度的折减系数,j=1~5;N为该构件上所有刚度折减型病害的数量。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,针对刚度折减型病害,其刚度折减系数βn,j的确定过程是:获得某区域同类型若干数量桥梁的荷载工况以及SHM传感器监测的应变相关数据,同时获得每个桥梁上所有刚度折减型病害的位置以及不同病害技术状况,进而获得病害刚度折减系数分布数据;
以上述数据构成强化学习训练数据库B;构建强化学习网络;
设置强化学习动作规则,即βn,j的取值规则,其中j表示病害的技术状况等级,取1至5之间的整数,n取1至N之间的整数,其中N为所有刚度折减类病害的数量;βn,j取值范围为0.25~1,设置间隔步长△,初始状态βn,j取值均为0.25,每次动作变化βn,j=βn,j+△;
每次动作使得全局刚度矩阵S发生改变,均根据P=S·d获得相应荷载工况下的桥梁的应变矩阵d,即为病害影响下的结构响应计算结果;
设置强化学习奖励,以病害影响下的结构响应计算结果d与SHM传感器监测的应变相关数据d0之间的差值绝对值distance计算奖励,包括两部分:
1)过程奖励:当前动作下, 比上一动作的 小,奖励+1;
2)即时奖励:当前动作下, 小于1%误差时,奖励+10;
at表示在t时间所做的动作,也就是t时间{βn,j}列表的取值; 为t时间所做的动作对应的差值绝对值;
最终遍历N,j获得最优的{βn,j}组合,以此{βn,j}组合作为步骤3中刚度折减型病害的修正模型中的刚度折减系数,进而计算桥梁的应变矩阵d。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,刚度折减病害种类包括结构裂缝、钢筋锈蚀、层间剥离、下挠中的至少一种。
4.根据权利要求1所述量化分析方法,其特征在于,所述桥梁信息以BIM模型形式呈现;
节点矩阵大小为1*NDOF,其中NDOF为划分结构分析单元后全桥的自由度。
5.根据权利要求1所述量化分析方法,其特征在于,所述构建桥梁结构分析模型包括以下步骤:
1)提取并解析桥梁信息中桥梁构件的全球坐标和相对定位,按预先设定的单元大小对构件进行分解,生成若干数量的结构分析单元,完成坐标转换,相邻结构分析单元之间由节点分割,以所有节点的坐标生成节点矩阵,所有结构分析单元号以及对应节点构成单元矩阵;
2)提取构件几何信息,获得每个结构分析单元的几何关键特性,包括截面面积、惯性矩、截面距、长度和几何中心位置在内的几何关键特性,构件由若干个结构分析单元构成,建立结构分析单元的几何关键特性与单元矩阵的映射;
3)提取构件的材料信息,获得每个结构分析单元的材料弹性模量Eeff与单元矩阵的映射关系;
4)提取支座信息,确定支座所对应的节点位置坐标及支座的约束类型(单向或双向),建立支座与节点矩阵的映射关系;
5)结合支座与节点矩阵的映射关系,确定结构分析单元的约束类型,之后采用Matrix‑based methods利用材料信息的弹性模量和几何信息建立单元刚度矩阵,一个结构分析单元有一个单元刚度矩阵。
6.一种桥梁病害对结构性能影响的量化分析系统,其特征在于,所述系统执行权利要求1‑5任一所述分析方法的步骤。
7.根据权利要求6所述的分析系统,其特征在于,所述分析系统包括病害影响系数优化分析数据库A、强化学习训练数据库B、桥梁结构分析模型构建块、刚度折减系数优化模块、应变矩阵计算模块,所述病害影响系数优化分析数据库A与BIM模型、SHM传感器数据模块、定巡检报告数据模块连接;
所述桥梁结构分析模型构建块,以病害影响系数优化分析数据库A为基础划分结构分析单元,建立桥梁结构分析模型;
所述强化学习训练数据库B,用于存储SHM传感器数据模块中的应变数据、定巡检报告数据模块中的荷载数据、以及桥梁结构分析模型构建块中获得的病害刚度折减系数分布数据;
刚度折减系数优化模块,利用强化学习训练数据库B基于强化学习有监督训练获得最优刚度折减系数组合;
应变矩阵计算模块,利用刚度折减系数优化模块输出的最优刚度折减系数组合修正桥梁结构分析模型的结构分析单元中的单元刚度矩阵,进一步计算桥梁的应变矩阵d。